Lý thuyết thế năng trọng trường là gì? Đặc điểm, công thức tính thế năng

Thế năng hấp dẫn là một trong những khái niệm của vật lý học. Để hiểu thế năng hấp dẫn, trước tiên bạn cần hiểu thế năng và sau đó hiểu lực hấp dẫn. Từ đó ra đời khái niệm thế năng trọng trường. Vậy thế năng hấp dẫn chính xác là gì, hãy cùng Trường THCS Võ Thị Sáu đi tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Tiềm năng là gì?

Năng lượng tiềm năng là một đại lượng vật lý, là khả năng của một thứ gì đó để thực hiện công việc dưới dạng năng lượng.

Hoặc là:

Thế năng là dạng năng lượng tồn tại bên trong vật.

– Thế năng tiếng anh là: Potential Energy.

Trọng lực là gì?

Trọng lực là môi trường tồn tại xung quanh Trái đất.

Bạn có thể hiểu, mọi thứ bên trong Trái Đất đều chịu tác động của lực hấp dẫn hay chính lực hấp dẫn.

Định nghĩa thế năng hấp dẫn là gì?

Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái đất và vật đó. Năng lượng này phụ thuộc vào vị trí của vật trong trường hấp dẫn.

Hoặc bạn có thể hiểu:

Cơ năng của một vật phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất hoặc so với vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao gọi là thế năng trọng trường.

thế năng hấp dẫn

– Ví dụ về thế năng trọng trường:

+ Mít trên cây

+ Đạn đang bay

Công thức tính thế năng của trọng trường

Nếu ta chọn thế năng của một vật đặt trên mặt đất có khối lượng m.

Độ cao của vị trí tương ứng so với trọng trường của trái đất là z.

Khi đó công thức tính thế năng hấp dẫn sẽ là:

Wt = mgz

Bên trong:

Wt: Thế năng của vật tại vị trí z, đơn vị đo là Jun (J)

m: là khối lượng của vật (kg)

z: Là độ cao của vật so với mặt đất.

Đặc điểm của thế năng hấp dẫn

– Mốc thế năng là vị trí ban đầu của vật trong trọng trường trước khi thực hiện công.

Ví dụ, khi ném một vật lên không trung, lúc này vị trí vật bị ném chính là mốc thế năng.

– Thế năng trọng trường là đại lượng vô hướng, có giá trị dương, âm hoặc bằng 0 tuỳ thuộc vào vị trí được chọn làm gốc thế năng.

– Độ biến thiên thế năng và công của trọng trường là khi vật bắt đầu chuyển động từ vị trí A đến vị trí B.

– Công của trọng lực của vật sẽ được tính bằng hiệu thế năng của trọng lực tại 2 vị trí.

Công thức: AAB = Wt (tính theo A) – Wt (tính theo B)

Xem thêm:

• Tiềm năng là gì? Công thức tính thế năng và 5 ví dụ về thế năng dễ hiểu nhất

Thế năng trọng trường phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Thế năng trọng trường phụ thuộc vào:

+ Độ cao của đối tượng so với mặt đất hoặc vị trí được chọn làm mốc.

Khối lượng của vật. Vật có khối lượng càng lớn và càng cao thì thế năng hấp dẫn của vật càng lớn.

– Ví dụ: Trọng lượng của một chiếc búa máy càng nặng và được nâng lên càng cao thì khi rơi chiếc cọc xuống đất càng nhiều công, tức là công mà nó thực hiện được càng lớn.

Làm thế nào là sự thay đổi trong thế năng hấp dẫn liên quan đến công việc được thực hiện bởi lực hấp dẫn?

– Khi một vật chuyển động trong trọng lực từ vị trí M đến vị trí N thì công do trọng lực thực hiện bằng độ chênh lệch thế năng trọng trường tại M và tại N.

– Biểu thức: AMN = WtM – WtN

Chú ý:

Biểu thức trên cho thấy công của trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào điểm bắt đầu và điểm kết thúc, và không phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng.

– Kết quả:

+ Khi vật giảm độ cao thì thế năng giảm, trọng lực sinh công dương.

Khi một vật thể tăng chiều cao, thế năng tăng lên, do đó lực hấp dẫn sinh ra công âm.

Ví dụ: Một chiếc lá khối lượng 10g rơi từ độ cao 2,5m, nó dao động trong không trung rồi rơi xuống đất. Lấy g = 9,8 m/s2. Tính công của trọng lực tác dụng lên lá.

Câu trả lời:

Chọn một điểm mốc trên bề mặt trái đất.

Áp dụng mối liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng trường:

A = Wt0 – Wt1 = mgz – 0 = 0,01,9.8,2,5 = 0,245 J.

Vậy công do trọng lực thực hiện trên chiếc lá là 0,245 J, không phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo của chiếc lá.

Bài tập thế năng

Để hiểu rõ hơn về thuyết thế năng trọng trường, các em có thể xem một số bài tập về thế năng dưới đây để áp dụng:

Bài tập 1:

Một vật có khối lượng 1,0 kg có thế năng 1,0 J đối với mặt đất. Lấy g = 9,8 m/s2. Hỏi khi đó vật ở độ cao bao nhiêu so với mặt đất?

Hướng dẫn giải:

Bài tập 2:

Một người khối lượng 60 kg đứng trên mặt đất cạnh một cái giếng, lấy g = 10 m/s2.

a) Tính thế năng của người đó tại vị trí A cách mặt đất 3m và ở đáy giếng cách mặt đất 5m, lấy gốc thế năng tại mặt đất.

b) Cho mốc thế năng ở đáy giếng, tính lại kết quả của a

c) Tính công do trọng lực thực hiện nếu người này di chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất. Nhận xét về kết quả thu được.

Hướng dẫn giải:

Bài tập 3:

Một học sinh lớp 10 môn Vật lý đang làm thí nghiệm thả quả cầu khối lượng 250 g từ độ cao 1,5 m so với mặt đất. Tính độ cao của vật so với mặt đất khi vật có vận tốc 18 km/h. Chọn vị trí thả làm nguồn năng lượng tiềm năng. Lấy g = 10m/s2.

Hướng dẫn giải:

Bài tập 4:

Trong một khu vui chơi, một ô tô khối lượng m = 80kg chạy trên đường ray có tiết diện như hình 35.7. Độ cao của các điểm A, B, C, D, E được tính so với mặt đất và có giá trị như sau: zA = 20m, zB = 10m, zC = 15m, zD = 5m, zE = 18m. Tính độ biến thiên thế năng của ô tô trong trọng trường khi nó chuyển động:

a) Từ A đến B b) Từ B đến C c) Từ A đến D d) Từ A đến E Cho biết công do trọng lực thực hiện trong mỗi quá trình là dương hay âm

Hướng dẫn giải:

Độ biến thiên thế năng của xe trong trọng trường khi nó chuyển động:

a) Từ A đến B:

ΔWt = mg(zA – zB) = 80,9,8.(20 – 10) = 7840J

b) Từ B đến C ΔWt = mg(zB – zC) = 80.9.8.(10 – 15) = – 3920J c) Từ A đến D ΔWt = mg(zA – zD) = 80.9.8.(20 – 5 ) = 11760J d) Từ A đến E ΔWt = mg(zA – zE) = 80.9.8.(20 – 18) = 1568J => Công do trọng lực thực hiện trong mỗi quá trình đó bằng độ biến thiên thế năng trong từng quy trình. quy trình đó. Vậy dấu của công của trọng trường là dấu của sự biến thiên thế năng.

Bài tập 5:

Một cần trục nâng một thùng hàng có khối lượng 3000kg từ mặt đất lên độ cao 2m (tính theo chuyển động của trọng tâm thùng hàng), sau đó đổi hướng và hạ thùng hàng xuống sàn xe ô tô tải ở độ cao 1,2m so với mặt đất. .

1. Tìm thế năng của vật chứa trong trọng trường khi nó ở độ cao 2m. Tính công do lực tác động (lực căng của dây cáp) thực hiện để nâng nó lên độ cao này.
2. Tìm độ biến thiên thế năng khi hạ thùng hàng từ độ cao 2m xuống sàn ô tô. Công của trọng lực có phụ thuộc vào cách thùng hàng di chuyển giữa hai vị trí đó không? Tại sao?

Hướng dẫn giải:

1- Khi vật chứa cách mặt đất 2m thì thế năng là Wt = mgz = 3000.9,8.2 = 58800 J (thế năng tại mặt đất) Công của lực tác dụng để nâng vật lên cao 2m so với mặt đất là (xem chuyển động như đồng nhất): A = │AP│= ΔWt = 58800 – 0 = 58800J

2- Độ biến thiên thế năng khi hạ thùng hàng từ độ cao 2m xuống sàn xe:

Wt1 – Wt2 = mg(z1 – z2) = 3000.9,8.(2- 1,2) = 23520J Công của trọng trường không phụ thuộc vào dạng đường đi, chỉ có vị trí đầu và vị trí sau. Tuy nhiên, công của trọng lực khi vật đi từ độ cao z2 đến độ cao z1 là công âm, vì trọng lực P có hướng ngược với phương của trọng lực S.

Bài tập 6:

Một cáp treo chở người có khối lượng tổng cộng 800kg đi từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10m đến một điểm dừng trên núi ở độ cao 550m, rồi tiếp tục đến một ga khác ở độ cao 1300m.

a) Tìm thế năng trọng trường của vật tại vị trí xuất phát và tại các điểm dừng – Lấy mặt đất làm mốc không – Lấy điểm dừng đầu tiên làm mốc không b) Tính công do trọng lực thực hiện khi gian cáp treo chuyển động: – Từ vị trí bắt đầu đến điểm dừng đầu tiên – Từ điểm dừng đầu tiên đến điểm dừng thứ hai c) Công việc này có phụ thuộc vào việc lựa chọn cấp độ như trong (a) Hướng dẫn giải:

a) Chọn mốc ở mặt đất, chiều dương của trục Oz hướng lên – Thế năng tại vị trí xuất phát Wt0 = mgz0 = 800.9.8.10 = 78400J – Thế năng tại vị trí xuất phát: Wt1 = mgz1 = 800.9,8,550 = 4400000J – Thế năng tại vị trí dừng thứ hai: Wt2 = mgz2 = 800.9,8.1300= 101920000J b) Chọn gốc thế năng tại vị trí dừng thứ nhất, chiều dương hướng lên: – Thế năng tại vị trí ban đầu có tọa độ z0= -540m Wt0 = -4233600J – Thế năng tại điểm dừng thứ nhất Wt1 = 0 – Thế năng tại điểm dừng thứ hai có z2 = 750m, Wt1 = 5880000J. c) Công do trọng lực thực hiện khi buông cáp treo chuyển động: – Từ vị trí xuất phát đến ga thứ nhất: A1 = mg(z0 – z1) = 800.9.8.(-540) = -4233600J – Từ vị trí xuất phát đến ga thứ nhất trạm thứ hai: A2 = mg(z1 – z2) = 800.9.8.(-750) = -5880000J Công này không phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng.

Tóm lược

Trên đây là những chia sẻ của Trường THCS Võ Thị Sáu về thế năng hấp dẫn. Hy vọng qua bài viết các bạn sẽ nắm được lý thuyết về thế năng trọng trường cũng như bài tập áp dụng công thức tính thế năng trọng trường. Chúc các bạn có thêm nhiều niềm vui học tập kiến ​​thức.

Xin chân thành cảm ơn các bạn đã quan tâm và đọc tin.

Bạn thấy bài viết Lý thuyết thế năng trọng trường là gì? Đặc điểm, công thức tính thế năng có khắc phục đươc vấn đề bạn tìm hiểu ko?, nếu ko hãy comment góp ý thêm về Lý thuyết thế năng trọng trường là gì? Đặc điểm, công thức tính thế năng bên dưới để Trường THCS Võ Thị Sáu có thể thay đổi & cải thiện nội dung tốt hơn cho các bạn nhé! Cám ơn bạn đã ghé thăm Website: vothisaucamau.edu.vn của Trường THCS Võ Thị Sáu

Nhớ để nguồn bài viết này: Lý thuyết thế năng trọng trường là gì? Đặc điểm, công thức tính thế năng của website vothisaucamau.edu.vn

Chuyên mục: Là gì?